飞蛙为何能“飞”？

图片来源：Wikimedia Commons

撰文 | 杰克·塔米西亚（Jack Tamisiea）

翻译 | 仇艳菲

在东亚丛林中，有一些青蛙物种具有极强的滑翔能力。这些勇猛的两栖动物被称作“飞蛙”（parachute frog），它们能够从树梢一跃飞出，然后在雨林冠层中滑翔以躲避捕食者。有一些“飞蛙”甚至能一次滑翔15米以上。

虽然这种青蛙没有鸟类或蝙蝠那样的翅膀，但是它们趾间连接着很宽的蹼（wedding，趾间的膜）。这层膜就像翅膀一样，能够减缓下落的速度，有助于蛙类在空中滑翔。它们还有超大的足，四肢松弛的皮肤，以及带有黏性的趾垫，这些都能帮助它们安全“着陆”。

美国得克萨斯大学奥斯汀分校的演化生物学家戴维·希利斯（David Hillis）和来自中国科学院成都生物研究所的同事从中国南方热带雨林中采集了几份黑蹼树蛙（blackwebbed tree frog）的标本，然后分析了它们令人印象深刻的适应特征（滑翔能力）背后的遗传机制。黑蹼树蛙是一种“飞蛙”，整体为橙绿色（lime-green），并且有黑色和黄色的蹼。

研究人员提取了“飞蛙”和一种不能滑翔的青蛙（也是“飞蛙”的近亲）的基因，并做了对比研究，结果找到了455个修饰基因（modified gene）。“这些基因与‘飞蛙’极强的形态适应性相一致，而且其中的许多基因都与蹼、足和四肢的发育相关。”希利斯说。他们还发现，有一些基因有助于长出更长的四肢和更黏的趾垫，以便用于攀爬。此外，他们通过追踪每种青蛙蝌蚪时期的蹼足发育，确定了能够控制满蹼形成的可能的基因网络。相关研究发表于《美国科学院院刊》（PNAS）。

为了观察前面提到的两种青蛙的行为差异，研究人员进行了一项可控的飞行测试。他们先将青蛙放在高台，然后记录它们的运动轨迹。重要的是，他们还在高台下方铺上了柔软的海绵，从而避免表现不佳的“飞蛙”和不能滑翔的青蛙受到伤害。值得一提的是，不能滑翔的青蛙会垂直落到海绵上，而“飞蛙”却能在空中尽可能水平地滑翔，它们在降落过程中会张开满蹼的脚趾。

米米·凯尔（Mimi Koehl，未参与这项研究）是美国加利福尼亚大学伯克利分校的生物力学家，主要研究“飞蛙”的生物动力学。凯尔表示，“飞蛙”趾间非常宽的蹼既能减缓它们下落的速度，又能帮助它们在雨林冠层中滑翔。此外，在它们降落时，超大的后足就像舵一样，帮助它们躲避途中的树木，从而安全落地。然后这些聚集在一起的雌雄蛙就会在那里进行交配。“如果它们不能穿过如此复杂的雨林环境，就会错过这样的‘狂欢’。”

研究人员表示，理解这些“飞蛙”的适应特性或许也有助于阐明其他动物是如何“飞”向天空的，例如“飞鼠”和“飞蜥”。凯尔和同事甚至还借用对“飞蛙”的认识，模拟了恐龙飞行。“会飞的恐龙拥有覆盖着羽毛的尾巴，而且它们的后肢上也有羽毛，”凯尔说，“它们和‘飞蛙’一样，都具有适应性的身体结构。”

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